遠程保障協同系統技術研究

尹航，單崇喆，曾玲，賈麗，李梓

（1.北京宇航系統工程研究所，北京 100076；2.中國人民解放軍91515部隊，三亞 720000）

0 引言

為適應信息化軍事需求，綜合保障信息系統[1]成為裝備保障的發展方向，遠程保障協同系統是綜合保障信息系統的一個具體應用。遠程保障協同系統能夠建立軍方與工業部門的聯系，當裝備出現的故障無法依靠現場力量解決時，通過此系統建立安全通信尋求遠程支援。

遠程保障協同系統是通過信息技術，將現場測試數據與相關歷史測試信息傳輸給工業部門，同時通過視頻會議的方式將現場實況傳輸給工業部門，后方采用故障診斷和專家決策系統給出初步決策信息，由專家組進行判讀，當初步決策失敗時，可通過群體決策方式，使各領域專家如親臨現場，提供遠程故障定位、維修指導等服務。

遠程保障協同系統體現了對裝備遠程、多維、立體化的保障思想，實現地理位置分散的各類維修資源的全面聯通，以透明方式為用戶提供遠程維修支援服務，使用戶能像使用本地資源一樣方便地使用工業部門資源。從而節省人力、時間成本，提供優質裝備保障服務。

1 總體方案

遠程保障協同系統是一個分布式系統，分為維修現場前端、遠程協同服務中心和遠程協同數據中心三部分。現場維修前端建立在軍方，負責采集現場測試視頻語音信息、測試設備狀態信息、測試數據和必要的相關歷史測試信息等；遠程協同服務中心和遠程協同數據中心建立在工業部門，負責處理維修現場前端的數據和視頻信息，提供故障自動診斷和專家決策兩個層級的維修輔助決策信息。

1.1 體系框架

遠程保障協同系統的體系框架如圖1所示。維修現場前端包括智能一體化測試系統和語音視頻信息采集系統。維修現場前端與遠程中心通過軍用信息網或專用VPN通信網絡連接，當現場的診斷過程無法確定設備的故障點位置或故障原因，通過專網向遠程中心申請技術援助。

1.2 使用模式

遠程保障協同系統在使用模式上分為六個階段。

第一階段，在裝備使用現場，裝備出現故障無法通過現場力量解決時，維修現場前端能夠向遠程協同服務中心的遠程主服務系統申請技術支援。

第二階段，遠程協同服務中心接到申請后，通過遠程測試系統發出遠程測試指令，智能一體化測試系統將現場測試數據傳輸給遠程中心，同時，通過遠程信息采集系統將現場的視頻語音數據傳輸給遠程中心。

第三階段，遠程協同服務中心的遠程主服務系統將測試數據傳輸給故障診斷模塊，故障診斷模塊調用專家系統進行自動診斷運算，給出診斷結果提交給遠程主服務系統。在此過程中用戶可通過遠程主服務系統獨立查詢專家系統模塊中的相關知識、故障模式和故障歷史記錄，輔助故障定位。

圖1 遠程保障協同系統體系框架圖

第四階段，遠程主服務系統將診斷結果傳輸給遠程維修決策模塊，通過該模塊的運算，給出維修決策意見，返回給遠程主服務系統。如果診斷結果不符合維修決策模塊的輸入或者診斷結果無法給出維修決策，則向遠程主服務系統返回自動診斷失敗的消息。

第五階段，如果自動診斷成功，用戶通過遠程主服務系統獲得自動診斷和輔助維修決策信息，并進行專家判斷，將經過專家確認的結果反饋給維修現場前端。如果自動診斷失敗，由主服務系統向有關成員發出群體會診請求，調動入網的技術資源（總體設計單位、部件供應單位、生產維修單位和相關領域專家），實現對系統故障的專家決策診斷，給出專家決策意見，反饋到現場，完成輔助維修任務。

第六階段，診斷結束后，遠程協同服務中心將診斷結論與維修建議提供給基層單位和所涉及的維修單位及部件供應單位，使得基層在最短的時間內得到所需的故障信息和維修信息，提高維修效率。維修工作結束后將其結果反饋給遠程中心，經計算，轉換為新的診斷知識加入到知識庫中。

2 系統設計

2.1 遠程協同數據中心

遠程協同數據中心的結構如圖2所示。采用面向服務的體系架構（SOA）[2]，分為信息層、功能服務組件層、業務框架層。信息層通過數據倉庫、數據集市等數據管理技術，提供一個集約共享的良好數據環境，在滿足系統功能需求同時提供高效的信息服務。功能服務組件層將構件庫、組件庫、動態庫等基于通用接口和協議的功能模塊有效組織起來，以插件的形式進行配置和擴展，實現了系統對功能的集成和復用。業務框架層采用懸浮倒掛式的支撐平臺，采用松耦合的設計思想，形成統一的技術框架和運行環境，能夠根據應用需求，快速搭建業務系統，適應業務變化和擴展的需求，做到數據和功能的重組和共享。

圖2 遠程協同數據中心組成結構圖

（1）信息層

信息層包括基礎知識庫、歷史故障信息庫、專家信息庫和支撐數據庫四個部分。

基礎知識庫，用于存儲與裝備產品相關的信息。包括產品結構數據、圖紙數據、交互式技術手冊、元器件/零部件優選數據、外購外協產品數據、元器件/零部件故障率數據、基本使用與維修活動時間表數據、產品使用與環境條件數據等。

歷史故障信息庫，用于存儲歷史故障信息和已有的故障模式以及故障信息模型。具體包括，標準故障模式數據、故障案例數據、診斷對象數據、診斷實例數據、方法策略數據、故障報告分析與糾正措施數據等。

專家信息庫，用于存儲與裝備維修相關的技術單位信息和領域專家信息。具體包括技術單位的屬性數據、產品生產情況數據、聯系方式等，領域專家的人員信息、研究方向、研究領域、具體成果、實際案例等。

支撐數據庫，用于存儲系統支撐性數據信息，負責信息層數據本身的安全性和關聯記錄。具體包括權限管理信息、人員基礎信息，日志數據信息，消息數據及業務門戶基礎內容數據信息等。

（2）功能服務組件層

功能服務組件層包括系統集成服務組件、業務管理服務組件、數據管理服務組件三個部分。

系統集成服務組件，提供豐富的系統集成接口，具體包括兩大類：一類是針對設計管理類的信息系統接口，如項目管理系統接口、PDM接口、質量管理軟件，門戶系統接口等；另一類是專業工具軟件的接口，如維修技術生成軟件接口、維修方案制定軟件接口、維修資源調配軟件接口等，同時要提供接口進一步擴展的能力。

業務管理服務組件，提供了多種業務管理工具，如業務門戶管理、任務管理、需求管理和維修準則管理等。

數據管理服務組件，主要包括故障相關信息及文檔等結構化數據與非結構化數據的瀏覽顯示、管理，并可進行數據的導入導出及報告的生成，具體組成包括數據瀏覽及顯示、裝備結構信息管理、文檔綜合管理、數據導入導出、報告生成等。

（3）業務框架層

業務框架層采用懸浮倒掛式支撐平臺提供統一的技術框架和運行環境[3]，支持故障診斷業務、專家系統業務、遠程維修決策業務、群體決策支持業務，四種業務模塊向更上一層提供數據、功能和服務。

2.2 遠程協同服務中心

遠程協同服務中心建立在遠程協同數據中心基礎上，作為系統的主體，實現了系統主要功能。數據中心和服務中心之間是松耦合關系，一個數據中心可支持多個服務中心，因此服務中心可根據不同裝備的應用需求單獨建設。

遠程協同服務中心的結構如圖3所示。中心分為業務模塊、遠程主服務系統和遠程信息采集三個部分，其中業務模塊包括故障診斷模塊、專家系統模塊、遠程專家決策模塊、群體決策支持模塊；遠程信息采集包括遠程測試系統和遠程信息采集系統。

圖3 遠程協同服務中心組成結構圖

遠程信息采集與維修現場前端信息采集設備配合使用，用于現場測試數據和視頻語音數據的采集和傳輸；遠程主服務系統用于業務模塊間業務數據的流轉和人機交互。

（1）故障診斷模塊

故障診斷模塊的核心功能由推理機實現，推理機的功能主要包括：數據解析、推理控制、故障檢測、故障定位和知識解析[4]。數據解析主要是輸入的測試數據包進行處理，將其轉換成推理機需要的數據格式；推理控制負責在問題求解過程中控制推理過程；在故障檢測階段，推理機調用故障檢測知識，對本系統的測試參數進行判讀；當數據出現異常的時候，推理機調用故障定位的知識，根據故障檢測的結果得出故障的位置、故障性質、故障級別等信息；知識解析，主要是完成知識的解釋執行。

（2）專家系統模塊

專家系統模塊根據故障存在的必要條件與充分條件，通過診斷對象的故障機理研究、專家咨詢和現場故障案例的分析建立的[5]。專家系統模塊將基礎知識庫，故障信息庫以及相應專家信息庫等信息匯總，形成不同故障的特征表現及診斷故障的規則，以螺旋上升的過程進行完善，即根據經驗積累，通過遠程主服務系統管理，可以很方便地對知識庫進行插入、刪除、修改等操作，以保證知識庫的正確性和完整性。

（3）遠程維修決策模塊

遠程維修決策模塊根據故障診斷模塊提供的診斷結果，綜合故障部位及原因解釋、設備可靠性分析理論以及維修保障資源，提出維修輔助決策。維修輔助決策的過程是根據故障診斷專家系統的診斷結論、維修現場的檢測數據、維修統計數據和系統內維修保障資源，利用可靠性分析理論進行可用性分析和可靠性預測，進而作出相關維修決策。同時，它還可以根據維修統計數據，作出備件儲備保障決策支持。本模塊采用基于機器學習的決策支持技術，可滿足平臺功能及發展要求。這種技術的結構模式將決策問題的求解過程與學習過程有機地結合在一起，能夠通過經驗的積累不斷改善自身性能，使其具有更強的自學習能力和適應性。

（4）群體決策支持模塊

群體決策支持模塊主要集成了視頻會議技術，實現多媒體協同工作網絡，多方位多角度滿足協同控制需求。采用視頻會議技術用于不同位置的領域專家進行交流，采用虛擬局域網VLAN增強工作網絡的可靠性，基于H.264的視頻、音頻壓縮技術優化信息的傳輸過程。該模塊支持在各個測試與維護現場節點以及各協作用戶使用攝像頭、麥克風、耳機等多媒體設備，這些設備通過接入相同的網絡進行通信。在協作空間內，不僅可以查看視頻信息，而且還具有屏幕共享、實時信息交互等功能。為專家用戶的協作提供了一個良好的交互平臺，為專家用戶對測試和維修現場用戶提供了直接、方便、快速的遠程指導途徑。

2.3 維修現場前端

維修現場前端包括智能一體化測試系統和語音視頻信息采集系統，與遠程協同服務中心的遠程信息采集配合使用，完成維修現場測試數據和視頻語音數據的采集和傳輸功能。其中智能一體化測試系統能夠響應遠程測試系統的指令要求，對裝備系統進行自動測試，并將數據反饋給遠程測試系統。語音視頻信息采集系統用于采集現場實況信息，并將數據反饋遠程信息采集系統，并具有將處理現場視頻、音頻、測試過程的控制權交由后方的功能。

3 結語

遠程保障協同技術是裝備綜合保障信息化的一個重要發展方向，能夠有效提高裝備的維修效率，符合裝備發展趨勢和實戰化作戰需求。本文提供了一種遠程保障協同系統的原型，論述了其使用模式和構建方法，采用信息化手段提高裝備的可用性和維修效率，保障國防任務圓滿完成。

[1]劉東,李冬,楊海濤,王鵬,金海薇.裝備綜合保障技術[J].國防科技,2009,30(6):47-50.

[2]張友生.軟件體系結構[M].清華大學出版社,2004.

[3]吳德華,鄢志輝.基于數據中心集成開發技術的動靜脈礦業信息系統研究[J].計算機工程與科學,2012,34(5):190-193.

[4]李軍虎.一種基于多Agent遠程分布式故障診斷系統模型[J].計算機與數字工程,2011,39(6):58-60.

[5]彭華亮.基于故障樹的故障診斷專家系統軟件平臺設計[D].南京理工大學,2017.